数字式万用表的工作原理介绍

一世轮回

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数宇式万用表与普通万用表的主要差别有两点：第一，数字式万用表测量的是电压，而普通万用表测量的是电流；第二，在数字式万用表中，用A/D转换、显示逻辑以及显示器三块独立的逻辑组件来代替普通万用表简单的表头。

图3-12所示的是一种简单数字式万用表。在框图中，功能选择开关把各种输人信号通过三种功能转换，按规定线路输送到量程选择开关，再把限定的直流电压加到A/D转换器。

2．R/U变换

图3-13所示电路是一种典型的R/U转换电路，除了电阻以外.电路中还使用了两个独立的放大器。放大器U102的作用是将IV电压加到待测量电压上的自举放大器，U101是A/D转器的一部分，由脉冲参考电流加到斜坡发生器（运算放大器U101)来确定加到未知电阻上的电压E。这个电压通过U102和它的反馈电路、定标电阻和未知电阻Rx引到积分器的第二个输人端。换句话说，未知电阻决定A/D转换器的斜坡高度，如同加上一个未知电压一样。

图3-13中电路元器件的作用是比较容易理解的。对于下方的三个电阻满意量程，在U101输入端的最大电压是200mV;对于上边的三个电阻满度量程，电压就是2V。对于较低的两个电阻量程 (200〜2000Ω)，量程选择开关连接了由二极管组成的输入保护电路，以便当输人电压太高时可以分流到地。

3. I/U转换

为了把电流转换为电压指示，只要测量被测电流在已知电阻上的电压降就可以了.

图3-14表示一种实际的电流转换电路，由许多精密电阻构成从2A到20uA各挡量程，图中的二极管作为输人保护电路，防止过高的输人电压。必须注意，在电流/电压转换电路中，用两根不同的引线把电压连接到A/D转换器的直流输人端和交流输入端. 面板前面的控制开关确定这个输出电压是加到交流转换器，还是直接加到A/D转换器。

4. AC/DC 转换

图3-15是一种典型的交流/直流转换电路，半波整流二极管A 后面是两节II形滤波器，整流器前有一个运算放大器、场效应管缓冲放大器和一些频率校正网络，图最左边的ACV、ACA开关用来保护输人电容，防止偶然出现的直流高压。根据所选择的交流量程，接入适当的RC网络以提供高达20kHz平坦的频率响应。两个反偏的二极管保护场效应管缓冲放大器，这一级放大器的增益为1它提供高输人阻抗，运算放大器提供1.11的增益，恰好是正弦波平均值与有效值的转换比。这个放大器还具有很灵敏的半波整流作用，在输人波形的正半周，在B点产生负正弦波半波整流输出，其中的一部分又反馈到输入端；在输人波形的负半周，在A点产生正半波整流输出，然后通过滤波器。交流电压通过场效应管缓冲放大器和频率校正网络输人到运算放大器，而交流电流则加到AC-MA开关输人端，并通过耦合电容和电阻再加到运算放大器。必須注意，当ACV开关加上电压时，输人U运算放大器的ACMA开关则短路通地，反之亦然。这就保证了干扰信号不能进入到运算放大器，只有交流电压或交流电流才加得进去。在交流电压或交流电流的量程选择好之后，滤波器的输出才能加到D/A转换器的输人端。

5.数字计时和控制电路

数字式万用表的数字控制电路如图3-16所示•“时钟”把时钟脉冲供给三个十分频计数器和一个八分频计数器，因此，记下的时钟詠冲犮数为8000。当计数到8000时，控制逻辑激发相加或相减参考电流源，并提供电流作为斜坡第二部分的基准，在斜坡第二部分的时间内，在三个十进制计数器中累积计算，最后显示的是被测量的电压。当零检测器确定斜坡第二部分已经达到零线时，它就输出一个信号给控制部分，然后使三个十分频计数器的数据输出到存储器和驱动电路，最后进行显示。

图3-16所示的是3位数字式万用表，半位数是数字“1”，它只有当三个分频计数器的计数大于999时才被点亮。模拟输出是取连续变量的离散值，看到的不是正脉冲就是负脉冲，根据极性指示，使极性触发器置位，依次地确定参考电流对于下—个斜坡应该供给正的还是负的，同时，极性舳发器也控制（士）号的显示。对于大多数3位数字式万用表，时钟频率是40kHz，即每一次测量周期为200ms。

6.精度

数字式万用表与指针式万用表相比，一个突出的优点是精度髙。

数字式万用表实际测量的是直流电压，交流电压、电流和电阻量程都必须采用某些特殊电路将它们转变为由A/D转换器控制的直流电压。这些转换电路的存在使精度有所降低，但是通过选用精密的电阻和超稳定电路可以把精度的降低保持在最低限度。、一般说来，数字式万用表测量电流、电阻和交流的精度总比直流电压挡要差一些。

影响最后显示精度的因素还有时钟频率和分别率，此外精密性和稳定性对精度也有一定的影响。